Основы биохимической инженерии Часть 1 - Бейли Дж., Оллис Д. 1989

Кинетика процессов утилизации субстрата, образования продуктов метаболизма и биомассы в культурах клеток
Кинетика клеточного роста в переходном состоянии
Рост филаментозных организмов

В предыдущих разделах настоящей главы мы рассматривали популяции микроорганизмов, в которых увеличение биомассы сопровождается повышением числа клеток. По-другому складывается ситуация при росте плесневых грибов и других филаментозных организмов; здесь по мере роста культуры изменяется как масса, так и морфология гранул или суспензии плесени. Экспериментальное изучение роста погруженных культур в периодических процессах показало, что количество биомассы возрастает во времени не экспоненциально, а с меньшей скоростью, так что масса популяции приблизительно пропорциональна третьей степени времени. Чтобы объяснить эту зависимость, нужно начать изучение с одно- и двумерных культур плесневых грибов. В случае одномерной культуры скорость увеличения длины колонии остается постоянной во времени, а для культур плесеней на поверхности (двумерных) характерна постоянная скорость увеличения радиуса культуры.

Экстраполируя эти результаты на сферическую гранулу, растущую в погруженной культуре, предположим, что

где R — радиус гранулы. Поскольку биомасса М равна

то из уравнений (7.59) и (7.60) следует, что

Подставляя в уравнение (7.61) значение R из уравнения (7.60), получим

где

Интегрирование уравнения (7.62) при начальной биомассе М₀ дает

РИС. 7.21. Факторы, определяющие образование гранулы (а) и ее структуру (б) в процессе роста мицеллярных организмов. [Воспроизведено с разрешения из статьи: Metz В., Kossen N. W. F., Biotechnology Review: The Growth of Molds in the Form of Pellets. — A Literature Review, Biotech. Bioeng., 19, 781 (1977).]

Поскольку М₀ по сравнению с М обычно очень мало, то уравнение (7.64) свидетельствует об упоминавшейся выше пропорциональной зависимости М от t³.

Полный анализ роста филаментозного организма должен учитывать также кинетику образования гранул. Последние возникают в результате агломерации спор и последующего роста или в результате разрастания отдельной споры. Имеющиеся данные показывают, что на образование гранул влияют самые различные свойства организма и среды (рис. 7.21). Общая модель кинетики образования гранулы пока еще не разработана, поскольку сложные механизмы этого явления недостаточно изучены и не вполне понятны.

При анализе роста уже образовавшихся гранул описанная модель может рассматриваться только в качестве очень грубого приближенного описания. На кинетику роста гранул должны оказывать влияние их размер, морфология и внутренняя структура, а эти факторы в свою очередь определяются совокупностью таких параметров, как интенсивность перемешивания, концентрация гранул, свойства организма и состав среды [12]. Кинетика роста гранул часто зависит и от взаимосвязей типа диффузия — реакция, рассмотренных нами в разд. 4.4.